Spelling suggestions: "subject:"skogsindustrin avloppsvatten"" "subject:"skogsindustri avloppsvatten""
1 |
PHA-framställning från restströmmar med lösningsmedelsextraktion : En energianalys på PHA-produktion med och utan intern värmeintegrering vid extraktion på torr och våt biomassa / PHA-production from waste streams using solvent extraction : An energy analysis for PHA-production with and without implementation of internal heat exchange using dry and wet biomassElfving, Fanny January 2021 (has links)
Polyhydroxyalkanoater (PHA) är en grupp av polymerer som är biobaserade, biologiskt nedbrytbara och som kan uppvisa varierande fysiokemiska egenskaper. Således har PHA potential att ersätta konventionell och fossilbaserad plast så som polypropylen (PP) och polyetentereftalat (PET). PHA framställas genom mikrobiologisk fermentering av organiskt material och innesluter sig i bakteriernas celler som sfäriska lagringsdepåer när bakterier matas med en kolkälla. PHAt kan sedan extraheras ut från bakterierna med hjälp av lösningsmedel, en metod som ger höga utvinningsnivåer men som kräver stora mängder lösningsmedel. Ska metoden vara hållbar och ha industriell relevans är det nödvändigt att lösningsmedelsåtervinning tillämpas. Industriell framställning av PHA sker idag med rena bakteriekulturer som matas med odlade sockerrika grödor. Detta leder till att konkurrens om markanvändning samt vatten- och energiresurser för främst livsmedelsproduktion uppstår. Samtidigt skapas restströmmar från industri och samhälle innehållande organiskt material och blandade bakteriekulturer vilka kan utnyttjas för att producera PHA. I detta arbete har PHA-processen modellerats i processimuleringsprogrammet CHEMCAD där data på restströmmar från skogsindustrin utnyttjas för PHA-produktion. I modellen har uppströmsprocesserna fermentering, anrikning, PHA-ackumulering och avvattning samt nedströmsprocesserna lösningsmedelsextraktion och separation inkluderats. Nedströmsprocesserna har modellerats för två fall. Ett fall där extraktion gjorts med 100 % torr biomassa (extraktionssystem 1) samt ett fall där extraktion gjorts med våt biomassa (extraktionssystem 2). Därtill implementerades intern värmeväxling vilket optimerades genom införandet av pinchanalys. Målet med projektet var att upprätta en energianalys av PHA processen, identifiera energibehovet för de enskilda PHA-processerna, analysera om lösningsmedelsextraktion görs mest energieffektivt med våt eller torr biomassa samt att utvärdera hur intern värmeväxling kan bidra till att energieffektivisera PHA-processen. Resultaten som erhölls visade att behovet av extern värme kunde minska från 49 till 13 MJ/ kg PHA och kylbehovet från 43 till 11 MJ/ kg PHA efter införandet av intern värmeväxling för extraktionssystem 1. När extraktion utfördes enligt extraktionssystem 2 minskade det externa kylbehovet från 98 till 48 MJ/kg PHA och det externa värmebehovet från 60,9 till 8,1 MJ/ kg PHA. I jämförelse med det totala specifika värme- och kylbehovet var det totala specifika elbehovet för PHA-processen lågt vilket kan ses som positivt då el är högvärdig och dyr energi. När extraktion utfördes enligt extraktionssystem 1 var det totala specifika elbehovet 3,55 MJ/ kg PHA och för extraktionssystem 2 var motsvarande siffra 4,1 MJ/ kg PHA. Störst elbehov uppstod i processen för luftning av PHA-ackumuleringstanken vilket krävde 2,8 MJ/kg PHA. / Polyhydroxyalkanoates (PHAs) is a group of biobased and biodegradable polymers which can exhibit flexible physicochemical properties. Thus, PHA has the potential to replace conventional and fossil-based plastic such as polypropylene (PP) and polyethylene terephthalate (PET). PHA is produced through microbiological fermentation by organic matter and is stored in the cells of bacteria as spherical storage depots when the bacteria are feed by a carbon source. The PHA can then be extracted from the bacteria using solvent, a method resulting in high yields of PHA but on the other hand large quantities of solvent is required and if the method will be sustainable and have industrial relevance it is necessary to apply solvent recycling in the system. Today industrial production of PHA takes place using pure bacterial cultures and cultivated sugar-rich crops. This contributes to a competition of land use and water and energy resources, mainly for food production. At the same time, waste streams are generated from industry and society containing organic material and mixed bacterial cultures which can be used to produced PHA. In this work the process for PHA production has been modelled in the process simulation program CHEMCAD using data from waste streams produced from forest industry. In the model the following upstream processes has been included; acidogenic fermentation, enrichment, PHA-accumulation, dewatering and the downstream processes solvent extraction and separation. Moreover, the downstream processes have been modelled for two cases; one case where extraction takes place using 100 % dry biomass (extraction system 1) and one case where extraction takes place using wet biomass (extraction system 2). In addition, internal heat exchanging was implemented which was optimized through the introduction of pinch analysis. The aim of the project was to establish an energy analysis of the PHA process, identify the energy needs of the individual PHA processes, analyse whether solvent extraction is made most energy efficient using wet or dry biomass and to evaluate how internal heat exchanging can contribute to make to the PHA process more energy efficient. The results obtained showed that the need for external heating and cooling could decrease from 49 to 13 MJ/ kg PHA and 43 till 11 MJ/ kg PHA after the implementation of internal heat exchanging for extraction system 1. When extraction was performed according to extraction system 2 the external cooling demand was reduced from 98 to 48 MJ/kg PHA and the externa heating demand was reduced from 60,9 to 8,1 MJ/ kg PHA. In comparison with the total specific heating and cooling demand, the total specific electricity demand for the PHA process was low, which can be seen as positive as electricity is high-value and expensive energy. When extraction was performed according to extraction system 1, the total specific electricity requirement was 3,55 MJ/ kg PHA and for extraction system 2 the corresponding value was 4,1 MJ/ kg PHA. The greatest electricity demand arose in the process of aerating the PHA accumulation reactor with 2,8 MJ/kg PHA.
|
2 |
Miljöpåverkan av bioplast från skogsindustriellt avloppsvatten : En jämförande livscykelanalys av polypropen (PP) och polyhydroxyalkanoater (PHA) från Gruvöns massa- och pappersbruk / Environmental impact of bioplastic from forest industrial wastewater : A comparative life cycle assessment of polypropylene (PP) and polyhydroxyalkanoates (PHA) from Gruvöns pulp- and paper millEriksson, Joakim January 2020 (has links)
I den här studien har en beräkningsmodell byggts för hur PHA skulle kunna produceras av substrat i avloppsvatten från Gruvöns bruk. Därefter har en jämförande livscykelanalys utförts där PP-sugrör inom Europa ersätts med PHA-sugrör från bruket. Målet med studien är att utvärdera och jämföra miljöpåverkan för en engångsprodukt av PHA med en engångsprodukt av PP. Syftet är att undersöka ett alternativt material till PP på grund av att fossila resurser är ändliga samt att alternativa material kommer krävas i och med europeiska kommissionens förbud mot engångsplast som träder i kraft 2022. Arbetet utförs också för att bidra med mer forskningsunderlag gällande PHA från restströmmar. Livscykelanalysen utfördes med ISO-standard: 14040 och 14044 som riktlinje för utförande. 1 ton sugrör valdes som funktionell enhet och hela produktens livscykel undersöktes med undantag för användningsfasen. PHA-produktion på bruket beräknades teoretiskt där mass- och energiflöden från modellen sedan användes för miljöbedömning. SimaPro valdes som programvara för LCA-beräkning, miljödata hämtades från databasen Ecoinvent 3 och ELCD där 10 av 18 miljöfaktorer inom metoden ReCiPe midpoint (h) undersöktes kompletterat med kumulativt energibehov (CED). Resultaten i studien visar en minskning av miljöpåverkan med 99 % om sugrör av PP skulle ersättas med sugrör av PHA från Gruvöns bruk. Samtidigt beräknades CED öka med cirka 50 %. Analyser av resultatet visar att giftighet för ekosystem i sjöar och hav vid materialframställning för PP är de största faktorerna för PP-sugrörets påverkan, motsvarande cirka 85 % av den totala miljöpåverkan. Inkludering av fler produktionsvariationer indikerar också att det finns potential att ytterligare sänka miljöpåverkan från PHA-sugrör samt att få en lägre energianvändning än för PP-sugrör genom att ändra metod för extraktion samt temperatur i fermenteringsprocessen. Resultaten är osäkra på grund av LCA-verktygets osäkerheter, brist på miljödata samt brist på studier. Resultaten kan dock användas för att se trender och potential. Ett exempel är att ingen större skillnad ses mellan engångsprodukter av PP och PHA när enbart klimatpåverkan och energi för produktion undersöks men när hela livscykeln undersöks med fler miljöfaktorer så verkar PP ha klart högre miljöpåverkan än PHA. Slutsatsen som dras är att engångsprodukter av PHA från varma restströmmar har potential att ersätta engångsprodukter av PP på ett för miljön hållbart sätt. Det kan vara en möjlig lösning till att fortsätta producera engångsprodukter som berörs av plastförbudet samt att lätta på en del av problematiken kring utarmning av fossila resurser. Mer studier gällande möjliga användningsområden samt en småskalig pilotanläggning på Gruvöns bruk rekommenderas som vidare steg för att utforska potentialen av PHA från restströmmar. / In this study, a calculation model has been built on how PHA could be produced from forest industrial wastewater at Gruvöns pulp- and paper mill. Subsequently, a comparative life-cycle analysis has been carried out where production of PP-drinking straws in Europe is replaced with PHA-straws from the mill. The objective of the study is to assess and compare the environmental impact of a disposable PHA product with a disposable PP product. The purpose of the study is to examine an alternative material for PP due to the finite nature of fossil resources and the fact that alternative materials will be required when the plastic ban from the European Commission on disposable products comes into force 2022. An additional purpose is to provide more research data on PHA from residual streams. The lifecycle analysis was performed with ISO standard: 14040 and 14044 as a guideline and 1 ton of straw was selected as the functional unit. The entire life cycle was examined with an exception of the usage phase. PHA production at the mill was theoretically calculated and mass and energy flows from the model was then used in the environmental assessment. SimaPro was selected as the software for LCA calculation, environmental data was retrieved from the Ecoinvent 3 database and ELCD database. 10 out of 18 environmental factors within the ReCiPe midpoint (h) method were investigated complemented with cumulative energy demand (CED). The results of the study show a 99 % reduction in environmental impact if drinking straws of PP would be replaced with straws from PHA from Gruvön's mill. At the same time, CED was estimated to increase by about 50 %. Analyses of the results show that the toxicity of material production to marine and freshwater ecosystems is the most influential factor in the impact of PP straws, representing around 85 % of the total environmental impact. Expansion of the calculation model showed that there is potential to further reduce the environmental impact of PHA straws as well as the energy requirements to a level that is lower than that of PP straws by changing method of extraction and fermentation. The results are uncertain due to the uncertainties of the LCA tool, lack of environmental data and lack of studies. However, the results can be used to see trends and potential. One example is that no major difference is seen between disposable PP and PHA products when only climate impact and energy for production are examined, but when the entire life cycle is examined with more environmental factors, PP appears to have a significantly higher environmental impact than PHA. The conclusion drawn in the study is that disposable PHA products from hot residual streams have potential to replace disposable PP products in an environmentally sustainable manner. This may be a possible solution to continue producing disposable products that are affected by the plastic ban and to alleviate some of the problems surrounding depletion of fossil resources. Further studies on possible uses and a small-scale pilot plant at Gruvön's mill are recommended as further steps to explore the potential of PHA from residual streams.
|
Page generated in 0.0639 seconds